给出单斗卡车工艺的露天矿中分时段卡车实时调度系统的设计思路;扼要阐述主模块与各分模块的关系及各模块的功能和任务;特别解释了装车区间、时间段接续等优化中用到的技巧

刘海娟

姚再兴

白润才

Institute Of Mechanics,Chinese Academy of Sciences

露天采矿技术 2007年第2期1 引 言单斗卡车工艺的露天矿是以采掘为中心,以运输为纽带的大型生产系统,生产任务的完成、生产过程的组织实施是通过对采运设备,尤其是对运输设备的实时调配来进行的。卡车调度的计算机管理系统应该充分考虑各种生产要素的变化,能够实时调整调度方案使生产合理有序最优地进行。配以 GPS定位、无线信号传输、计算机高速运算、合适的调度算法完全可以实现实时调度,必将成为数字露天采矿的重要组成部分[1-3]。许多专家学者对卡车实时调度系统进行了研究[4-8]。本文介绍的卡车实时调度系统的设计方案采用模块化设计思想,包括主模块、模块、模块间的接口,已经在 Matlab中实现。该算法也适合用其它语言来开发。该算法可根据当时挖掘机、破碎站、卡车的情况给出未来一段时间的卡车调度方案;如果生产要素(设备数量、生产能力、运行参数等)有变化,该算法可以实时得出新的卡车调度方案。该算法中,卡车调度方案采用的遗传算法优化方法在文章《遗传算法对大型露天矿卡车调度的优化方法》中有详细叙述。调度方案是指一段时间内,各挖掘机的装车序列、各破碎站的卸车序列和各卡车所到挖掘机和破碎站的路线图和时间表。2 卡车调度系统的主模块调度系统由主模块和多个子模块(以下称模块)图1主模块框图是首次使用系统吗?是 否系统初始化 a 调入上次运行结果系统正常运行下次优化时刻到了吗?是 否优化 b为下次优化准备数据 c调整生产要素吗?是 否调整生产要素 d调整为下次优化准备的数据 e优化时刻改为当前时刻收稿日期:2007-03-04基金项目:国家自然科学基金项目(50374042);辽宁省教育厅重大基础研究(202182055);辽宁省教育厅攻关项目(05L171)作者简介:姚再兴(1974-),男,内蒙古人,辽宁工程技术大学讲师,中国科学院力学研究所博士生。学习与研究方向:露天采矿、工程力学、岩土工程。一种露天矿卡车实时调度算法姚再兴 1,3,刘海娟 2,白润才 4(1.辽宁工程技术大学力学与工程科学系,辽宁 阜新 123000;2.辽宁工程技术大学理学院,辽宁 阜新 123000;3.中国科学院力学研究所 北京 100080;4.辽宁工程技术大学资源与环境工程学院,辽宁 阜新 123000)摘 要:给出单斗卡车工艺的露天矿中分时段卡车实时调度系统的设计思路;扼要阐述主模块与各分模块的关系及各模块的功能和任务;特别解释了装车区间、时间段接续等优化中用到的技巧。关键词:卡车调度;单斗卡车工艺;露天矿;调度系统中图分类号：TD57 文献标识码：A 文章编号：1671-9816（2007）02-0007-03Analgorithmofsurfaceminetruckreal-timedispatchsystemYAOZai-xing1，3，LIUHai-juan2，BAIRun-cai4（1.DepartmentofMechanicsandEngineeringScience，LiaoningTechnicalUniversity，Fuxin123000，China；2.ColegeofScience，LiaoningTechnicalUniversity，Fuxin123000，China；3.MechanicsInstitute，theChineseAcademyofSciences，Beijing100080，China；4.ColegeofResourceandEnvironmentEngineering，LiaoningTechnicalUniversity，Fuxin123000，China）Abstract:adesignmethodofreal-timetruckdispatchingsystemaboutshovelandtrucktechnologyisgiven；discussingrelationbetweenmainmoduleandsubmodulesandfunctionsandassignmentsofmodules；specialyexplainingloadingsegmentandjoiningofintervalswhichareusedinoptimization.Keywords:truckdispatching；shovelandtrucktechnology；surfacemine；dispatchingsystem采矿工程 7· ·露天采矿技术 2007年第2期组 名称 命名 主要功能主模块 main ①判断是否是首次使用该系统②启动系统界面③连接各模块④给出最优路线和时间序列a 系统初始化 initialdata 首次使用系统时基本数据的输入b产生卡车路线模块 produceroute①产生一辆卡车路线②记录卡车到站时刻③计算卡车费用;④记录挖掘机状态、破碎站任务的变化及停车原因产生初始种群模块 initalition①产生初始群体②记录染色体中各车的到站时刻③记录各车的运费④记录各挖掘机和破碎站内的状态复制模块 rws 利用比例复制算子根据适应度复制染色体并淘汰相应数目的染色体计算适应度模块 ranking 计算染色体的适应度修复模块 renovate 将经过遗传操作的各染色体进行修复使之成为可行解c 数据调整模块 2 nextcomputedata为下次优化准备数据d添加破碎站模块 add_crush①破碎站数加 1②破碎站名向量中添加一个小写字母③给出新增破碎站到各挖掘机距离④给出新增破碎站的任务添加挖掘机模块 add_excavator ①挖掘机数加 1②给挖掘机取名③将该名添加到挖掘机名向量中④确定新增挖掘机状态矩阵添加卡车模块 add_truck ①给新增卡车取名②确定卡车起始位置③给出卡车的各种参数修改破碎站参数模块 add_crush ①取出要修改的破碎站名②修改破碎站到各挖掘机的距离③修改破碎站的任务修改挖掘机参数模块 amend_excavator①取出要修改的挖掘机名②修改挖掘机到各破碎站的距离③修改各挖掘机的效率修改卡车参数模块 amend_truck ①取出要修改的卡车名②修改卡车的速度③修改卡车的容量④修改卡车的运输费用减少破碎站模块 delete_crush 把与将要减少的破碎站有关的各个参数删除减少挖掘机模块 delete_excavator把与将要减少的挖掘机有关的各个参数删除减少卡车模块 delete_truck 把与将要减少的卡车有关的各个参数删除e 数据调整模块 1 nextcompute2 生产要素调整后为下次优化准备数据,代替原来的数据组成,如图 1。在主模块中,首先判断是否是首次使用该系统。若是,则启动系统初始化模块组 a调入初始数据;否则,调入上次运行结果。然后等待下一轮优化或生产要素调整。到达下次优化时刻时,系统将调用优化模块组 b,进行寻优计算,给出下一时间段内的最优路线,然后调用数据模块组 c给出再下一时间段优化的初始数据。如果在系统运行过程中需要改变生产要素(通过调整设备来实现),则调用模块组 d。由于生产要素的调整,c准备好的数据已经不能用,调用模块组 e准备新的用于优化的数据。3 模块功能关键模块的主要功能如表 1所列。4 时间段之间的关系计算中,认为卸车时间可以忽略不计,装车需要时间。为了计算方便,把挖掘机的工作时间分成若干相连的时间区间,每一区间可以完成 1次装车,称为装车区间。卡车在装车区间的前半段到达,则占用该装车区间;否则占用下一装车区间。系统给出的调度方案总是对应一个生产要素相对稳定的时间段。由于计算模型和生产实际的差别,即使生产要素没有变化,把一个时间段的结束作为下一时间段的开始并不合适。以下针对两种情况给出时间段开始点的确定。4.1 生产要素不变时,时间段间的关系图2 时间区间接续示意图某一挖掘机两时间区间接续情况可用图 2的时间轴表示。时间段长是 interval。ThisStart和 ThisEnd分别是当前时间段的开始和结束时刻。每个时间段有不足 9个装车区间。t1、t2是计算中卡车到达挖掘机的时刻,卡车分别占用挖掘机的第 3个和第 6个装车区间(图中阴影部分所示),实际运行中,这两车次必需在装车区间开始时刻到达。t3是卡车到达破碎站(或挖掘机)的时刻,在当前时间段内卡车没有时间返回挖掘机(或破碎站),t3称为卡车段末时间。在所有卡车中,最早的卡车段末时间作为下一时间段的开始时间 Start。下一时间段表1 各模块名称及其功能t1 t2tt3采矿工程8· ·露天采矿技术 2007年第2期(上接第 6页)固定在地面上,使用液压推拉驱动产生高达 400t的回撤能力保证了即使推进臂上落有很多岩石,仍可将推进臂及截割头安全撤出。(2)详细的地质勘察资料。使用 SHM露井联合采煤机的先决条件就是顶板条件要稳定,同时需要提供详细的覆盖层厚度及煤、顶板岩石的抗压强度等数据。根据这些数据,按最大覆盖层厚度进行计算,得到安全切口间距。此间距将保证采煤过程中,即使发生冒顶,也是局部冒顶而非整个煤层跨落或煤柱坍塌。3 综 述SHM露井联合采煤机对于 0.76～5.5m的煤层具有 60%～75%的高回采率,特别是对以前技术不能开采的高价值的薄煤层具有更大的现实意义。此外,该设备具有很高的灵活性,既可用于大型露天矿的边、端帮及边角煤的开采,又可作为中小型煤矿的主力开采设备在沟渠,山坡开采露头煤。由于开采过程中对地表的破坏远远小于传统露天矿,山体上的灌木,乔木不受开采破坏。因此,在美国自然保护区内,SHM设备成为开采较浅煤层的首选。SHM设备运行时现场工作人员少,只有 3～4人,更无任何人员进入巷道,非常安全。综上所述,SHM露井联合采煤机是一款高产、高效、自动化程度高、安全的采煤设备,在日益重视安全、环保的中国,无论是从产业政策还是从开采效率上看,该设备都具有极大的实用价值。!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!的结束时刻 End=Start+Interval。对每一挖掘机来说,时间段的开始时刻所在的装 车 区 间 的 开 始 点 作 为 挖 掘 机 的 开 始 时 刻 ,E_ThisStart和 E_Start。挖掘机的结束时刻是该时E_ThisStart和 E_Start。挖掘机的结束时刻是该时间段结束时刻所在装车区间的结束点,如 E_ThisEnd和 E_End。4.2 生产要素变化时,时间段间的关系露天矿卡车调度的实时性就在于对生产要素进行调整后,能够对调度方案立即做出决策。而当调整生产要素后,原有的为下次计算准备好的数据已经不能直接使用,需要对其进行适当的调整。图 3表示生产要素改变后,下一时间段各参数的变化。图3 生产要素调整后时间接续结构图t是生产要素调整的时刻。生产要素一旦调整,原有的关于下一时间段的参数(NextStart、NextEnd、E_NextStart、E_NextEnd)都不能使用。下一时间段的开始时刻 Start应该等于 t。下一时间段结束时刻End、挖掘机开始时刻 E_Start、挖掘机结束时刻E_End的确定都与 4.1中提到的类似。5 结 语(1)卡车实时调度系统采用模块化设计,思路清晰,便于用多种语言来实现;(2)优化计算可以采用不限于遗传算法的多种方法;(3)该算法采用分时段优化,可以保证生产要素不变时调度方案的相对稳定;同时,算法可以即时响应生产要素的变化,使露天生产便于管理,最大限度实现调度的实时性;(4)挖掘机工作时间离散成多个装车区间,使遗传算法易于形成配车序列;(5)关于时间段的确定也极大的方便了调度方案的优化计算。参考文献：[1]孙效玉,冯建宏,杨宏贤,孙庆山.我国数字露天煤矿的实施对策与总体技术方案[J].露天采矿技术,2005,(3):31-35.[2]王振军,张幼蒂,才庆样.露天矿智能运输系统的研究[J].化工矿物与加工,2004,(3):26-28.[3]邸 为.大型露天矿计算机卡车调度系统的模拟[J].露天采煤技术,2002,(2):13-16.[4]宋子岭,白润才,魏春启.霍林河露天矿卡车调度决策方法及模型的研究[J].露天采煤技术,2001,(1):38-40.[5]杨令杰,李克民,王 斌.露天矿卡车调度的理论与方法研究[J].露天采矿技术,2006,(4):12-14.[6]解连江,邢 军,孙效玉. 露天矿应用汽车调度系统提高效率的预测方法[J].矿业工程,2004,2(3):13-16.[7]孙效玉.露天矿卡车调度系统结构及面向对象实现方法[J].辽宁工程技术大学学报:自然科学版,2006,25(1):17-20.[8]刘海娟.大型露天矿卡车实时调度系统的遗传算法研究[D].辽宁工程技术大学,2003.tt采矿工程 9· ·

一种露天矿卡车实时调度算法

http://dspace.imech.ac.cn/bitstream/311007/41344/1/676.pdf

一种露天矿卡车实时调度算法

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Institute Of Mechanics,Chinese Academy of Sciences